蒙脱土改性超滤膜处理含油废水的试验研究

摘要

膜处理技术具有能耗低，分离效率高，工艺简单，不影响健康等优点，在水处理中有着良好的发展前景。膜污染是膜应用中的重要问题，而膜改性是降低膜污染的有效手段之一。本论文采用蒙脱土（MMT）作为改性剂，通过共混改性实现了聚偏氟乙烯（PVDF）与有机蒙脱土（OMMT）的有机结合，采用相转化法制备OMMT改性PVDF超滤膜。探索了蒙脱土性质和添加量对超滤膜过滤性能、膜微观结构和膜过滤含油废水膜阻力变化的影响。主要实验结论如下： （1）经有机改性后，蒙脱土（001）面的层间距d(001)由1.24nm增大到1.74nm，红外图谱中出现插层剂的特征吸收峰。说明插层剂可进入蒙脱土层间，增大蒙脱土层间距。改性膜的红外图谱中未出现新特征峰，表明蒙脱土不会导致 PVDF出现晶型变化。另外，有机蒙脱土对膜的改性效果更显著。 （2）改性膜在OMMT量为2wt%时截留率达到最大，83.09%。添加量3wt%时，膜通量最大，是原膜的2.3倍；超滤膜的平均孔径由原膜的22.79nm增加至59.76nm（添加量3wt%），提高了约3倍；亲水角在添加量2wt%最低，59.96°，相比改性前的79.25°降低了 25%；膜拉伸强度在添加量为 5wt%达到最大，是原膜的2倍；膜断裂强度在添加量为2wt%时达到最大，是原膜的1.8倍。测试表明，改性后，膜的过滤性能、亲水性能和机械性能均得到提高，添加量为2wt%时综合性能达到最佳。 （3）膜SEM测试结果显示，原膜和改性膜均有相似的断面结构，均表现为不对称结构，这表明蒙脱土并不会影响PVDF的成膜性能。由AFM图像知，添加量2wt%时，膜粗糙度Ra达到最大值138.0nm，是原膜73.7nm的1.8倍，膜亲水性得到改善。 （4）改性膜对油的去除率达到了83%，是原膜的1.52倍；对COD的去除率达到了80%，是原膜的1.25 倍，改性膜对含油废水的处理效果优于原膜。经污染后，两种膜的表面均覆盖了胶状物质，而横断面无明显变化，表明膜截留作用以膜表面形成滤饼层截留为主。两种膜具有相同的阻力变化趋势，膜阻力的增长均存在快速递增区与平稳増长区。过滤过程中，任一时间下改性膜的膜总阻力总是小于原膜总阻力，且其增幅也小于原膜，表明改性后的膜有更强的抗污能力。由膜各阻力变化情况可知，膜初期污染主要原因是膜对污染物的吸附和膜孔堵塞，膜后期污染主要原因是滤饼层的形成。

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